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淺談電機變頻調速技術
作者:山东西子電機 发布日期:2019-08-05 09:04

  

  
  
 爲了降低礦井的生産(Produce)成本,提高電機系統效率,目前越來越多的煤礦在進行中、高壓電動機变频调速的技术改造。采用这种先进的电机变频调速技术,改善风机、泵类系统电机的调节方式,逐步(step by step)淘汰闸(zhá)板、阀门等机械节流调节方式,重点对大中型变工矿电机系统进行调速改造,合理匹配电机系统,减少资源浪费。

  一、緒論(指概括作品內容)
  (一)變頻調速技術簡介。
  變頻調速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調速目的的技術。電機有直流電機和交流電機。直流機調速容易實現,性能好,因此過去生産機械的調速多用直流電動機。但直流電機由于采用直流電源,它的滑環和碳刷要經常拆換,故費時費工,成本高,給人們帶來太大的麻煩。因此人們希望讓簡單可靠廉的交流電機也像直流電動機那樣調速。這樣就出現了定子調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速、串極調速等交流調速方式。
  (二)國內研究(research)現狀。
  我國是一個能源生産大國,但我國同時也是一個能源匮乏(缺乏)國,隨著能源危機的加重,各行各業都應該實現節能減排。

工矿企业作为能耗企业,如果实现节能减排则显得尤为重要。异步电动机作为这些企业的主要动力设备,所以实现异步电动机的节能就是实现企业的节能。变频(frequency conversion)器作为一种新型节能减排技术则得到了广泛的应用。
  二、交流電動機調速
  (一)交流變頻調速技術的發展。
  交流電動機的調速系統是一項以大功率電力電子器件爲基礎的新型技術學科在過去的十幾年間由于大功率電力電子器件的不斷出現,使交流電動機的調速技術取得了很大的發展。
  1.交流電機
  交流馬達是用于實現機械能和交流電能相互轉換的機械。由于交流電力系統的巨大發展,交流電機已成爲最常用的電機。交流電機與直流電機相比,由于沒有換向器,因此結構簡單,制造方便,比較牢固,容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)的覆蓋範圍很大,從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。
  2.直流電機
  直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。高壓電動機梭型线圈绕制后,用收缩带,黄蜡绸带等绝缘材料包扎,目的是:保护线圈外绝缘、层间绝缘、匝间绝缘不至于损坏。在拉型机时免受模具夹具、鼻端销钉等摩擦,防止松动变形。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
  (二)交流調速的方式。
  异步电机得调速方法可以有改变转差率,改变磁极对数及变频(frequency conversion)三种。其中改变转差率的方法又可以通过调定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)电压,转子电阻转差电压以及定、转子供电频率等方法来实现。
  1.串極調速
  它是將繞線式異步電動機的轉差功率回饋到電網的一種比較經濟的調速方法,可以又低同步及高同步兩種串調方式。
  2.矢量變換控制調速
  它是模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)直流電及得控制特點來進行交流機的控制。
  3.變頻調速
  它是一種最有發展前途得一種調速方式,其調速花樣繁多。
  三、變頻調速原理
  (一)異步電機變頻調速原理。
  交流調速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調速的目的的,但定子繞組上接入三相交流電時,定子與轉子之間的空氣隙內産生一個旋轉的磁場,它與轉子繞組産生感應電動勢,出現感應電流,此電流與旋轉磁場相互作用,産生電磁轉矩。使電動機轉起來。電機磁場轉速稱爲同步轉速,用n0表示:
  式中:f爲三相交流電源頻率,一般是50Hz;
  爲磁極對數。當p=1時,n0=3000r/min;p=2時,n0=1500r/min。
  由上式可知磁極對數p越多,轉速n0就越慢,轉子的實際轉速n比磁場的同步轉速n0要慢一點,所以稱爲異步電動機,這個差別用轉差率表示:
  在加上电源转子尚未转动瞬间,n=0,这时s=1;启动后的极端情况n=n0,则s=0,即在0~1之间变化,一般异步电动机在额定负载下的 s=1%~6%。综合(3-1)和(3-2)式可以得出:
  由式(3-3)可以看出,對于成品電機,其極對數已經確定,轉差率的變化不大,則電機的轉速與電源頻率成正比,因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉速,進而達到異步電機調速的目的。
  (二)電動機變頻調速方案的。
  从经济角度(angle)来讲,煤矿的大容量风机(Draught Fan)、泵类负载采用高压变频调速合理性很强,可以在节能过程中逐渐收回成本。大功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)的异步电动机,现有的变频器(Variable-frequency Drive)系统有两种调速方式:“高――高”,“高――低――高”。
  1.高――低――高變頻調速系統
  采用兩級變壓(氣壓變量)的方式。先降壓,經過降壓變頻器,再升壓,該模式對電力電子器件的要求降低。
  2.高――高變頻調速系統
  采用多个功率单元模块串联,直接高压变频转换。这种方式节省了升压、降压变的投资及带来的损耗,提高了效率。采用高压变频器(Variable-frequency Drive)的大容量电动机系统一般都采用高――高模式。该调速系统由于采用了桥式整流电路,在整个调速系统中功率因数较高,不需要装设功率因数补偿装置,又因为高――高变频调速系统采用多重化脉冲控制,通过模块输出串联叠加消除高次谐波的影响。
  高――高变频调速系统改善了系统的动态特性,变频器中逆变器(inverter)的输出频率和电压,都在逆变器内控制和调节,因此调节速度快,调节过程中频率和电压配合好,动态性能好。此外,高-高变频调速系统有很好的对负载供电波形。变频器的逆变器输出电压和电流(Electron flow)波形接近正弦波,从而降低了由于矩形波供电引起的转矩降低问题,从而改善了电动机的运行特性。
  綜上所述,高――高調速系統比高――低――高調速有著明顯的優勢,由于高――高調速系統是針對高――低――高調速系統缺陷研制的新一代調速系統,所以該調速系統是以後的發展趨勢。高壓電機指额定电压在1000V以上电动机。常使用的是6000V和10000V电压,由于国外的电网不同,也有3300V和6600V的电压等级。高壓電機分为:高压同步电机;高压异步电机;高压异步绕线式电动机;高压鼠笼型电机等。

  
  
  

  

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